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ZUSCHRIFTEN Selektive Wechselwirkung der Dipeptide L-Phe-D-Pro und D-Phe-L-Pro mit fl-Cyclodextrin ** Milana Maletic*, Helma Wennemers*, D. Quentin McDonald, Ronald Breslow und W. Clark Still Im Laufe der letzten drei Jahrzehnte haben sich Cyclodextrin- EinschluBkomplexe zu Grundpfeilern der Wirt-Gast-Chemie entwickelt[']. Wie bei der Wechselwirkung von Enzymen mit ihren Substraten und von Antikorpern mit den zugehorigen Antigenen bestimmen hauptsachlich hydrophobe Effekte die Bindung von Molekiilen an Cyclodextrine[21. Zahlreiche biolo- gisch wichtige Molekiile bilden stabile EinschluBkomplexe mit Cyclodextrinen in Wasser, darunter die hydrophoben Amino- sauren Phenylalanin, Tyrosin and Tryptophan. Ihre Cyclodex- trinkomplexe wurden unter anderem als Enzymmodelle r31, zum Studium der Wirkstoff-Freiset~ung[~] und zur Trennung von Peptiden['] eingesetzt. Wahrend die Wechselwirkung von Cy- clodextrinen mit einzelnen hydrophoben Aminosauren weit- gehend verstanden ist, herrscht iiber ihre Wechselwirkung mit kleinen Peptidfragmenten noch immer Unklarheit. Hier be- schreiben wir Untersuchungen zur Wechselwirkung von J-Cy- clodextrin rnit Di- und Tripeptiden mit Hilfe eines kombinatori- schen Ansatzes. Die kombinatorische Chemie hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen Werkzeug bei der Suche nach geeigneten Sub- straten fur einen gegebenen Rezeptor, und umgekehrt, entwik- keltL6]. Es ist darnit moglich geworden, auch sehr kleine Unter- schiede in der Wechselwirkung zwischen Wirt und Gast, insbesondere unterschiedliche Bindungsselektivitaten, nachzu- weisen, die weder mit konventionellen Methoden detektiert noch durch Molecular Modeling vorausgesagt werden konnten[']. Die orangefarbenen Nickelsalophen-Komplexe 1 und 2 mit zwei bzw. einem Cyclodextrinsubstituenten wurden rnit einer [*I M. Maletic, DiplLChern. H. Wennemers, Dr. D. Q. McDonald, Prof. R. Breslow, Prof. W C. Still Department or Chemistry. Columbia University New York, NY 10027 (USA) Telefdx: Int. + 212,'854-5429 E-mail: clark(ir still3.chem.colurnhia edu [**I Diese Arbeit wurde vun der National Science Foundation (Grant CHE 9544253) (WCS). den National Institutes or Health und dem Office of Naval Research (RB) gefordert. HW dankt dem Fonds der Chemischen Indu- strie fur em Kekule-Stipendium. MM und HW haben zu gleichen Teilen zu der VOI liegenden Arbcit heigetragen. Tripeptidbibliothek auf hydrophilem Polyethylenglycol-Poly- styrol-Pfropfcopolymer (TentaGel)"' in Wasser aquilibriert. Die Bibliothek hatte die allgemeine Struktur AA3-AA2-AAl- NH(CH,),-TentaGel und wurde mittels kodierter kombinatori- scher Synthese hergestellt[']. An jeder der drei Positionen wurden 29 verschiedene Aminosauren verwendet, so daB die Bibliothek maximal 293 (24 389) verschiedene Tripeptide enthielt['O]. Der Bis(cyc1odextrinrezeptor) 1 zeigte in Wasser bei pH 7 eine bemerkenswert hohe Bindungsselektivitat: Nur etwa ein Harz- kugelchen unter zweihundert hatte nach 24stiindiger Aquilibrie- rung bei einer Rezeptorkonzentration von ca. 2 mM die orange Farbe des Rezeptors angenommen. Analoge Beobachtungen wurden rnit dem Mono(cyc1odextrinrezeptor) 2 gemacht (Abb. I), was darauf hindeutet, daB einr p-Cyclodextrineinheit fur die beobachtete Wechselwirkung ausreicht. Die Zugabe des kompetitiven Inhibitors Natrium-4-tert-butylbenzoat fiihrte bei beiden Experimenten zur vollstandigen Entfarbung der Harzkii- gelchen. Dies spricht dafiir, daD die Peptide in erster Linie an p-Cyclodextrin binden. Abh. 1. Ergebnis eines typischen Experiments zur Bindung von Rezeptor 2 an die eingesetzte Tripeptidbibliothek. Die Sequenzen der Tripeptide auf den farbigen Harzkiigel- chen wurden durch Gaschromatographie niit Elektronenein- fangdetektor ent~chliisselt['~. Dabei ergab sich eine bemerkens- werte Selektivitat: Alle durch den Rezeptor 1 gefarbten Harzkugelchen und die meisten der durch den Rezeptor 2 ge- farbten Kiigelchen enthielten entweder das Dipeptidsegment L- Phe-D-Pro oder das Dipeptidsegment D-Phe-L-Pro (Tabelle 1). Weder ein anderes Phenylalanin enthal-tendes Tripeptid noch die diastereomeren, homochiralen Dipeptide L-Phe-L-Pro und D-Phe-D-Pro wurden selektiert. Um die Ursache dieser hochselektiven Wechselwirkung auf- zuklaren, wurden die beiden Dipeptide 3 und 4 synthetisiert und TFA H,N-L-Phe-o-Pro-CONHCH, 3 TFA H,N-L-Phe-L-Pro-CONHCH, 4 Tabelle 1. Sequenzen. die von deli Rezeptoren 1 und 2 in der hier untersuchten Tripeptidbibliothek selektiert wurden [a]. ~ ~ ~ AA3 AA2 AA1 Haufigkeit dea Auftretens ["/"I mit 1 2 L-Phe D-Pro X 36 46 X L-Phe u-Pro 16 8 u-Phe r-Pro X 28 31 X o-Phe L-Pro 20 0 [a] X steht fur die jeweils beliebige dritte Arninosiure des Tripeptids 0044-X24Y/96'1OX13-15Y4 S 15.00+ .Xi0 Angm. C'lten?. 1996. /OX, Nr. 13,14

Selektive Wechselwirkung der Dipeptide L-Phe-D-Pro und D-Phe-L-Pro mit β-Cyclodextrin

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  • ZUSCHRIFTEN

    Selektive Wechselwirkung der Dipeptide L-Phe-D-Pro und D-Phe-L-Pro mit fl-Cyclodextrin ** Milana Maletic*, H e l m a Wennemers*, D. Quent in McDonald , Ronald Breslow und W. Clark Still

    Im Laufe der letzten drei Jahrzehnte haben sich Cyclodextrin- EinschluBkomplexe zu Grundpfeilern der Wirt-Gast-Chemie entwickelt[']. Wie bei der Wechselwirkung von Enzymen mit ihren Substraten und von Antikorpern mit den zugehorigen Antigenen bestimmen hauptsachlich hydrophobe Effekte die Bindung von Molekiilen an Cyclodextrine[21. Zahlreiche biolo- gisch wichtige Molekiile bilden stabile EinschluBkomplexe mit Cyclodextrinen in Wasser, darunter die hydrophoben Amino- sauren Phenylalanin, Tyrosin and Tryptophan. Ihre Cyclodex- trinkomplexe wurden unter anderem als Enzymmodelle r31, zum Studium der Wirkstoff-Freiset~ung[~] und zur Trennung von Peptiden['] eingesetzt. Wahrend die Wechselwirkung von Cy- clodextrinen mit einzelnen hydrophoben Aminosauren weit- gehend verstanden ist, herrscht iiber ihre Wechselwirkung mit kleinen Peptidfragmenten noch immer Unklarheit. Hier be- schreiben wir Untersuchungen zur Wechselwirkung von J-Cy- clodextrin rnit Di- und Tripeptiden mit Hilfe eines kombinatori- schen Ansatzes.

    Die kombinatorische Chemie hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen Werkzeug bei der Suche nach geeigneten Sub- straten fur einen gegebenen Rezeptor, und umgekehrt, entwik- keltL6]. Es ist darnit moglich geworden, auch sehr kleine Unter- schiede in der Wechselwirkung zwischen Wirt und Gast, insbesondere unterschiedliche Bindungsselektivitaten, nachzu- weisen, die weder mit konventionellen Methoden detektiert noch durch Molecular Modeling vorausgesagt werden konnten['].

    Die orangefarbenen Nickelsalophen-Komplexe 1 und 2 mit zwei bzw. einem Cyclodextrinsubstituenten wurden rnit einer

    [*I M. Maletic, DiplLChern. H. Wennemers, Dr. D. Q. McDonald, Prof. R. Breslow, Prof. W C. Still Department or Chemistry. Columbia University New York, NY 10027 (USA) Telefdx: Int. + 212,'854-5429 E-mail: clark(ir still3.chem.colurnhia edu

    [**I Diese Arbeit wurde vun der National Science Foundation (Grant CHE 9544253) (WCS). den National Institutes or Health und dem Office of Naval Research (RB) gefordert. H W dankt dem Fonds der Chemischen Indu- strie fur em Kekule-Stipendium. M M und HW haben zu gleichen Teilen zu der VOI liegenden Arbcit heigetragen.

    Tripeptidbibliothek auf hydrophilem Polyethylenglycol-Poly- styrol-Pfropfcopolymer (TentaGel)"' in Wasser aquilibriert. Die Bibliothek hatte die allgemeine Struktur AA3-AA2-AAl- NH(CH,),-TentaGel und wurde mittels kodierter kombinatori- scher Synthese hergestellt[']. An jeder der drei Positionen wurden 29 verschiedene Aminosauren verwendet, so daB die Bibliothek maximal 293 (24 389) verschiedene Tripeptide enthielt['O].

    Der Bis(cyc1odextrinrezeptor) 1 zeigte in Wasser bei pH 7 eine bemerkenswert hohe Bindungsselektivitat: Nur etwa ein Harz- kugelchen unter zweihundert hatte nach 24stiindiger Aquilibrie- rung bei einer Rezeptorkonzentration von ca. 2 mM die orange Farbe des Rezeptors angenommen. Analoge Beobachtungen wurden rnit dem Mono(cyc1odextrinrezeptor) 2 gemacht (Abb. I ) , was darauf hindeutet, daB einr p-Cyclodextrineinheit fur die beobachtete Wechselwirkung ausreicht. Die Zugabe des kompetitiven Inhibitors Natrium-4-tert-butylbenzoat fiihrte bei beiden Experimenten zur vollstandigen Entfarbung der Harzkii- gelchen. Dies spricht dafiir, daD die Peptide in erster Linie an p-Cyclodextrin binden.

    Abh. 1. Ergebnis eines typischen Experiments zur Bindung von Rezeptor 2 an die eingesetzte Tripeptidbibliothek.

    Die Sequenzen der Tripeptide auf den farbigen Harzkiigel- chen wurden durch Gaschromatographie niit Elektronenein- fangdetektor ent~chliisselt['~. Dabei ergab sich eine bemerkens- werte Selektivitat: Alle durch den Rezeptor 1 gefarbten Harzkugelchen und die meisten der durch den Rezeptor 2 ge- farbten Kiigelchen enthielten entweder das Dipeptidsegment L- Phe-D-Pro oder das Dipeptidsegment D-Phe-L-Pro (Tabelle 1). Weder ein anderes Phenylalanin enthal-tendes Tripeptid noch die diastereomeren, homochiralen Dipeptide L-Phe-L-Pro und D-Phe-D-Pro wurden selektiert.

    U m die Ursache dieser hochselektiven Wechselwirkung auf- zuklaren, wurden die beiden Dipeptide 3 und 4 synthetisiert und

    TFA H,N-L-Phe-o-Pro-CONHCH, 3

    TFA H,N-L-Phe-L-Pro-CONHCH, 4

    Tabelle 1. Sequenzen. die von deli Rezeptoren 1 und 2 in der hier untersuchten Tripeptidbibliothek selektiert wurden [a].

    ~ ~ ~

    AA3 AA2 AA1 Haufigkeit dea Auftretens ["/"I mit 1 2

    L-Phe D-Pro X 36 46 X L-Phe u-Pro 16 8 u-Phe r-Pro X 28 31 X o-Phe L-Pro 20 0

    [a] X steht fur die jeweils beliebige dritte Arninosiure des Tripeptids

    0044-X24Y/96'1OX13-15Y4 S 15.00+ .Xi0 A n g m . C'lten?. 1996. /OX, N r . 13,14

  • ZUSCHRIFTEN die Bindungsenergien ihrer Komplexe rnit P-Cyclodextrin in Wasser mittels NMR-Titration bestimmt. Dabei wurde jeweils rnit einer konstanten Dipeptidkonzentration von 2.0 mM und rnit acht unterschiedlichen P-Cyclodextrinkonzentrationen von 0- 13 mM in D,O gearbeitet. An die MeRwerte wurden Kurven rnit dem Software-Paket KaleidaGraph unter Verwendung des Standarditerationsverfahrens angepaDt["].

    Im 'H-NMR-Spektrum von L-Phe-D-Pro ist hauptsachlich (> 95 YO) ein Konformer, das s-trans-Konforrner["], sichtbar. Bei der Zugabe von P-Cyclodextrin andern sich die chemischen Verschiebungen zahlreicher Protonen signifikant, und als Bin- dungskonstante wurde 180&20 M-' ermittelt (AG = - 3.0 & 0.1 kcal mol- '). Wahrend der Titration wurden fur die drei Pro- linprotonen (H3', H4', H5'), die sich auf einer Seite des Pyrroli- dinrings befinden, groRe Hochfeldverschiebungen beobachtet, wihrend sich die Lage der iibrigen drei Protonen (H3, H4, H5) auf der anderen Seite des Prolinrings nicht mel3bar veranderte. Diese Beobachtungen sind rnit einem Bindungsmodus verein- bar, bei dem der Phenylring des Phenylalanins vollstandig in dem hydrophoben 8-Cyclodextrinhohl- raum eingeschlossen ist und eine Seite des Prolins diesen Hohlraum als ,,Kappe" ab- schliel3t. Alle hydrophilen funktionellen Gruppen des Dipeptids sind in dieser Bin- dungsgeometrie dem Wasser zugewandt (siehe Abb. 2). Zu der hohen Stabilitat des P-Cyclodextrin-Dipeptid-Komplexes tra- gen daher sowohl die EinschlieBung des Phenylrings in den Hohlraum als auch die hydrophobe Wechselwirkung zwischen dem Pyrrolidinring und dem Cyclodextrin bei. Die Bindungskonstante fur das s-cis-Kon- former konnte wegen dessen geringen An-

    tionsanalysen rnit dem Programm MacroModel 5.0 durchge- fuhrt. Fur die Rechnungen wurden das United-atom-AMBER*- Kraftfeld[13] und das GB/SA-Modell fur Wa~se r"~] verwendet. Die Konformationssuchen wurden in Blocken von 5000 Schrit- ten nach der MCMM-Methode r1 51 durchgefuhrt, bis keine wei- teren energiearmen Strukturen ( < 3 kcal m o l ~ ' energiereicher als das globale Minimum) in einem Block gefunden werden konn- ten (insgesamt 15 000 Schritte pro Komplex). Die Konforma- tionssuche umfaRte alle frei drehbaren Bindungen des Peptids sowie Rotationen und Translationen des Peptids relativ zum 8-Cyclodextrinmolekul. Die Startgeometrie des 8-Cyclodextrin- molekuls wurde aus der Kristallstrukturanalyse ubernommen['61.

    Die Konformationssuchen ergaben energiearme Strukturen, die den durch die NMR-Untersuchungen nahegelegten Bin- dungsmodus stutzen. In den energiearmsten Strukturen des Komplexes aus L-Phe-D-Pro und P-Cyclodextrin sind der Phe- nyl- und der Pyrrolidinring in enger Nachbarschaft und bilden einen ,,hydrophoben Stopsel", der stark mit dem P-Cyclodex- trinhohlraum wechselwirkt (Abb. 2).

    teils (< 5 O h ) nicht bestimmt werden. Abb. 2. Stereobild der rnit dem Programm MacroModel 5.0 errechneten energiearmsten Struktur des Kom- Das lH-NMR-Spektrum L-phe-L- pkXeS aUS L-Phe-D-Pro und fl-Cyclodextrin.

    Pro zeigt das Vorliegen zweier Konformere in einem Verhaltnis von 5 : 1 zugunsten des s-trans-Konformers an['z1. Anders als beim D-L-Heteroisomer bindet bei L-Phe-L-Pro das s-trans-Konformer nur rnit geringer Affinitat an 8-Cyclodextrin. Dagegen verandert sich die chemi- sche Verschiebung einiger Protonen des s-cis-Konformers bei Zugabe von P-Cyclodextrin erheblich; eine quantitative Aus- wertung ergibt eine Bindungskonstante von 120f 5 M-' (AG = - 2.80f0.1 kcalmol- '). Die ermittelte Bindungskon- stante ist rnit der Abnahme des s-trans: s-cis-Verhaltnisses von 5 : 1 auf 3 : I im Laufe der Titration in Einklang. Die Art der Bindung im Komplex aus dem s-cis-Konformer von 4 und P-Cy- clodextrin scheint analog zu der im Komplex aus dem s-trans- Konformer von 3 und P-Cyclodextrin zu sein : Alle hydrophilen funktionellen Gruppen des Peptids befinden sich in waDriger Umgebung, wahrend der hydrophobe Phenyl- und der Pyrroli- dinring den 8-Cyclodextrinhohlraum ausfullen und abschlie- Oen. Dagegen bindet das s-trans-Konformer von 4 nur schwach an P-Cyclodextrin, da einige seiner hydrophilen funktionellen Gruppen dem hydrophoben 8-Cyclodextrinhohlraum nicht ausweichen konnen. Die Bindungskonstante des s-trans-Kon- formers wurde zu 20 f 5 M-' (Sattigung ca. 20%) abgeschatzt, was der fur die Bindung von Phenylalanin an 8-Cyclodextrin entspricht 14].

    Da das starker bindende Konformer von 4 nur zu ca. 21 % vorliegt, ist es nicht iiberraschend, daD Harzkiigelchen mit der Peptidsequenz L-Phe-L-Pro bei den Bindungsstudien an der Fest- phase nie die orange Farbe der Rezeptoren angenommen haben.

    Um die Strukturen der P-Cyclodextrin-Dipeptid-Komplexe eingehender zu untersuchen, wurden griindliche Konforma-

    Die Konformationssuche fur den Komplex aus L-Phe-L-Pro und P-Cyclodextrin ergab ahnliche Strukturen fur das s-cis- Konformer, allerdings wurden zusatzliche energiearme Struktu- ren gefunden, bei denen der Phenylring vollstandig in den Hohl- raum eingeschlossen ist, wahrend der hydrophobe Prolinring zum Teil dem Losungsmittel ausgesetzt ist.

    Zusammenfassend 1aDt sich feststellen, daD mit Hilfe der kombinatorischen Chemie eine bemerkenswert selektive Wech- selwirkung von /l-Cyclodextrin rnit den enantiomeren Dipepti- den L-Phe-D-Pro und D-Phe-L-Pro entdeckt wurde. Weiterhin konnte aus NMR-spektroskopischen Studien ein Bindungsmo- dell fur den P-Cyclodextrin-Dipeptid-Komplex abgeleitet wer- den. Die gefundene Bindungsselektivitlt konnte zum Design neuer P-Cyclodextrinkatalysatoren genutzt werden, die in der Lage sind, Peptide sequenzspezifisch zu spalten.

    Experimen telles : 3: D-Pro-NHCH, (90 mg, 0.70 mmol) und N-Boc-L-Phe (186 mg, 0.70 mmol) wur- den in 3 mL CH,Cl, gelost und mit Hilfe yon EDC (372 mg, 1.40 mmol) gekuppelt. Das N-Boc-geschiitzte Dipeptid wurde durch Flash-Chromatographie an 30 g Kie- selgel (CH,CI,:Aceton 5:1, dann 2: 1) und anschlieDende Kristallisation aus Et,O/ Hexan gereinigt. 1 mL TFA wurde zu einer Losung des N-Boc-geschiitzten Dipep- tids (200mg, 0.32mmol) in 4mL CH,CI, gegeben. Nach 1.5 h wurden alle tliichtigen Bestandteile unter reduziertem Druck entfernt und 210 mg (80%) TFA.L-Phe-o-Pro-NHCH, als farbloser Feststoff isoliert. (TFA.L-Phe-L-Pro- NHCH, 4 wurde analog hergestellt.) 3: TFA. L-Phe-o-Pro-NHCH, (tram-Konformer): 'H-NMR (500 MHz. D,O, 2 5 T , CH,CN): 6 =1.40 (m, 1 H; Pro-H4), 1.68 (m, 2H; Pro-H3 und Pro-H4), 1.90 (m, 1 H; Pro-H3'), 2.60 (m. 1 H; Pro-IW), 2.61 (s. 3H; CH,), 3.02 (dd. J = 1 3 . 4 . 9 . 0 H z , l H ; P h e - / ~ H ) , 3 . 1 1 ( d d . J = 1 3 . 4 , 6 . 3 H z , l H ; P h e - ~ H ' ) . 3 . 3 8 ( m ,

    Angew. Chem. 1996, 108, Nr. 13/14 c; VCH I~i.rl~i~.sg~',seNs~~liu~ mhH, 0-69451 Weinheim, 1996 0044-824YiY6/10813-159.~ $ l5.U0+.25/0 1595

  • ZUSCHRIFTEN 1 H ; Pro-HS), 4.14 (dd, J = 4.6, 8.3 Hz, 1 H; Pro-zH), 4.41 (dd. J = 6.3, 9.0 Hz, 1 H; Phe-aH), 7.21 (m. 2 H ; arom.), 7.32 (m. 3 H ; arom.); "C-NMR (75.4 MHz, CD,OD, 25C): 6 = 25.24, 26.35, 30.78, 38.29, 48.45, 54.19, 61.65, 129.05, 130.07, 130.24, 130.37, 130.61, 135.44, 168.53, 174.55; hochaufgelostes MS: ber. fur C,,H,,N,O, ( M ' ) : m/:: 275.1534; gef.: 275.1644. 4: TFA.1.-Phe-L-Pro-NHCH,: 'H-NMR (500 MHz. D,O, 25 "C, CH,CN): truns- Konformer: 6 = 1.77 (m, 1 H; Pro-H3'), 1.85 (m, 2H; Pro-H4 und Pro-H4), 2.13 (m, 1 H; Pro-H3). 2.64 (s. 3H; CH,), 2.99 (dd. J = 14.5,7.5 Hz, 1 H; Phe-BH), 3.21 (dd, J = 14.L6.2 Hz, 1 H; Phe-BH), 3.25 (m, 1 H; Pro-HS'), 3.61 (m, 1 H, Pro-HS), 4.27 (dd, J = 6.3, 8.1 Hz, 1 H; Pro-aH), 4.43 (pseudo-t, J =7.3 Hz, 1 H; Phe-aH), 7.24 (m. 2 H ; arom.), 7.30 (m. 3H; arom.); cis-Konformer: 6 =1.56 (m, 3 H ; Pro- H3, Pro-H3' und Pro-H4), 1.70 (m. 1H; Pro-H4), 2.60 (s, 3H; CH,), 2.90 (dd, J = 13.2, 9.8 Hz, 1 H; Phe-BH), 3.05 (dd, J = 13.2. 5.4 Hz, 1 H; Phe-BH'), 3.29 (m. 1H; Pro-aH), 3.33 (m- 1H; Pro-HS), 3.42 (m. 1 H; Pro-HS'), 3.80 (dd, J = 9.8. 5.4Hz, 1H; Phe-aH), 7.13 (m, 2 H ; arom.), 7.27 (m, 3H; arom.); "C-NMR (75.4 MHz, CD,OD, 25C): 6 = 23.08, 26.00, 26.36, 26.66, 30.45, 32.62. 37.70. 38.90, 54.41, 61.38, 61.85, 128.89, 129.11, 130.13, 130.51, 130.81, 135.36, 135.43, 168.65, 174.15; hochaufgelostes MS: ber. fur C,,H,,N,O, ( M ' ) : mjz: 275.1534: gef.: 275.1633. 1 wurde nach bekannten Vorschriften synthetisiert [17]: 'H-NMR (400 MHz. [D,]DMSO, 25C): 6 = 8.98 (s, 2 H ; CH), 8.09 (m, 2 H ; CH), 7.74 (s, 2 H ; CH). 7.39 (m, 4H; CH), 6.87 (d. J = 8.8 Hz, 2H; CH), 5.74 (m. 28H; OH), 4.82 (m, 14H;CH),4.48(m,lZH;OH),3.65(m,56H;4CH,2CH,),3.30(m,28H;CH). "C-NMR (75.4 MHz, [DJDMSO, 25'C): 6 =164.6, 156.2, 142.2, 139.3, 137.3. 128.0, 121.7, 120.7, 120.5,116.3,102.5,102.0.101.7,84.9,81.6,81.4, 73.1,72.9,72.4. 72.1, 70.1, 60.0, 59.6. FAB-MS: ber. fur C,,,H,,,N,O,,S,Ni ( [ M + HI'): mjz: 2671.7; gef.: 2672: UV/Vis (H,O): I.,,, ( c ) = 374 (20000), 273 (55000) nm.

    Eingegangen am 22. Januar 1996 [Z8743]

    Stichworte: Cyclodextrine * Kombinatorische Chemie * Mole- kulare Erkennung * Peptide

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    [lo] AAn = Gly, D-Ala, L - A ~ , o-Val. L-Val. D-Leu, L-Leu, o-Phe, L-Phe, D-Pro, L-Pro, D-Ser, L-Ser. D-Thr, 1.-Thr, D - A s ~ , L -As~ . D-GIu, L-GIu, D-Asn. L-Asn. D-Gln, L-Gln, D-His, L-His, u-Lys, L-LYS, o-Arg, L-Arg. Tyrosin und Trypto- phan waren nicht in der Bibliothek enthalten.

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    [12] NOE-Experimente bestitigten die Identitit der s-truns- und s-cis-Konformere beider Dipeptide. Das s-trans-Konformer zeigt einen starken NOE zwischen dem Phe-aH und dem Pro-H4. das s-cD-Konformer einen zwischen dem Phe- zH und dem Pro-aH. Die Zuordnung aller Signale erfolgte mit Hilfe von ' H,'H-COSY-Experimenten.

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    [17] W. Zhang, E. N. Jacobsen, J Org. Chem. 1991,56, 2296-2298. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1978, 17, 694-695.

    Sequenzspezifische DNA-Erkennung durch einen in der groBen und der kleinen Furche bindenden Liganden** Jason W. Szewczyk, Eldon E. Baird und Peter B. Dervan"

    Oligonucleotid-vermittelte Tripelheli~bildung['~ sowie DNA- Komplexierung durch Pyrrol/Imidazol-Polyamide[21 sind zwei nichtbiologische Ansatze zur sequenzspezifischen Erkennung von doppelstrangiger DNA. Die Erkennung der groljen DNA- Furche wird durch Pyrimidin-Oligonucleotide vermittelt, die parallel zum Watson-Crick-Purin-Strang binden"]. Die Spezifi- tat wird durch die Bindung von Thymin (T) an Adenin-Thymin- Basenpaare (T . AT-Basentripletts) sowie durch die Bindung von protoniertem Cytosin (C') an Guanin-Cytosin-Basenpaare (C' . GC-Basentripletts) erreicht"]. Zur Erkennung der kleinen DNA-Furche dienen Polyamide aus N-Methylimidazol- (Im) und N-Methylpyrrol-Aminosauren (Py), wobei die DNA-Se- quenzspezifitat durch die lineare Sequenz der Pyrrol- und Imi- dazol-Aminosauren bestimmt ~ i r d [ ' - ~ ] : Die antiparallele Paa- rung von Imidazol- und Pyrrolcarboxamid-Einheiten ermog- licht die Erkennung von GC-Basenpaaren, wahrend umgekehrt angeordnete Pyrrolcarboxamid- und Imidazol-Einheiten CG- Basenpaare erkennen[']. Die durch Kombination von zwei Pyr- rol-Einheiten vermittelte Erkennung ist teilweise degeneriert, sie erlaubt die Bindung von TA- und von AT-BasenpaarenI2> 31. Ein Pyrrol/Imidazol-Polyamid-,,Haamadel"-Ligand mit ?-Amino- buttersaure (y) als ,,Turn"-Einheit ist ein vielseitiges Bindungs- motiv zur hochaffinen Erkennung einer Vielfalt von DNA-Se- quenzen in der kleinen DNA-Furche[']. Eine Schliisselfrage in bezug auf die beschriebenen Strategien zur Erkennung der groI3en und der kleinen DNA-Furche ist, ob beide Bindungsmo- tive in einem Molekiil kombiniert werden konnen, ohne daI3 die Sequenzspezifitat der jeweiligen Erkennungsdomanen verloren geht.

    Wir berichten hier iiber ein ,,Haamadel"-Polyamid, das mit einem Nucleotid-Undecamer verkniipft wurde. Dieses Konjugat bindet bei subnanomolaren Konzentrationen spezifisch und gleichzeitig an die groI3e und die kleine DNA-Furche. Die Ver- kniipfung des Pyrimidin-Oligonucleotids 5'-TTTTTTMeCMeC- TTT-3' iiber einen Linker aus zwolf Atomen in der Kette mit dem Polyamid ImPyPyyImPyPyP (p = P-Alanin) ermoglicht die Erkennung eines 16 Basenpaare langen Segmentes einer DNA- Doppelhelix. Hierbei wird jeweils spezifisch ein Pyrrol/Imida- zol-Polyamid-DNA-Komplex in der kleinen Furche sowie eine Tripelhelix in der groDen Furche gebildet (Abb. 1) und durch 10 Wasserstoffbriickenbindungen zur Erkennung von 5 Basenpaa- ren in der kleinen Furche (5'-TGACA-3') bzw. 22 Wasserstoff- briickenbindungen zur Erkennung von 11 Basenpaaren in der groljen Furche (5'-AAAAAAGGAAA-3') stabilisiert.

    Das am C-Terminus rnit einer freien Aminogruppe versehene Polyamid ImPyPyyImPyPyP wurde durch Festphasensynthe- seL6. 'I hergestellt. Umsetzung mit Essigsaureanhydrid liefert das Polyamid 1, das als Standard dient. Reaktion der freien Amino- gruppe von ImPyPyyImPyPyP rnit festphasengebundenem N-

    [*I Prof. P. B. Dervan, J. W Szewczyk, E. E. Baird Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis California Institute of Technology Pasadena, CA 91125 (USA) Telefax: Int. + 818/683-8753

    [**I Wir danken den National Institutes of Health fur die Unterstutzung (GM- 27681) sowie dem Howard Hughes Medical Institute fur ein Doktorandensti- pendium (E. E. B.).

    1596 ( , VCH Vrrlu,~.sgc.srll.schuft mhH, 0-69451 Wrinhrin?, lYY6 0044-H24Y/Y6/iU813-1596 $ 15.00+ .25/0 Angrn. Chem. 1996, 108, Nr. 13/14